供热工程：第三章热水供暖系统

1、1 第三章 热水供暖系统 2 以热水作为热媒的供暖系统，称为 热水供暖系统。 从卫生条件和节能等考虑，民用建筑应采用 热水作为热媒。热水供暖系统也用在生产厂房及 辅助建筑物中。热水供暖系统，可按下述方法分 类： 1按系统循环动力的不同，热水供暖系统可分为 重力(自然)循环系统和机械循环系统。 靠水的密度差进行循环的系统，称为重力循 环系统； 靠机械(水泵)力进行循环的系统，称为机械循 环系统。 3 2按供，回水方式的不同，可分为单管系 统和双管系统。 热水经立管或水平供水管顺序流过多组顺序流过多组 散热器散热器，并顺序地在各散热器中冷却的系 统，称为单管系统。 热水经供水立管或水平供水管平行地

2、分平行地分 配给多组散热器配给多组散热器，冷却后的回水自每个散 热器直接沿回水立管或水平回水管流回热 源的系统，称为双管系统。 4 5 3按系统管道敷设方式的不同，可分为垂 直式和水平式系统。 4。按热媒温度的不同，可分为低温水供暖 系统和高温水供暖系统。 在各个国家，对于高温水与低温水的界 限，都有自己的规定，并不统一。某些国 家的热水分类标准，可见表31。 6 7 在我国，习惯认为：水温低于或等于 100的热水，称为低温水，水温超过100 的热水，称为高温水。 室内热水供暖系统，大多采用低温水作 为热媒。设计供、回水温度多采用 9570 (也有采用8560)。 高温水供暖系统一般宜在生产厂

3、房中应用。 设计供、 回水温度大多采用 1201307080。 8 第一节第一节 重力重力(自然自然)循环热水供暖系统循环热水供暖系统 一、重力循环热水供暖的工作原理及其作用压力 图31是重力循环热水供暖系统的工作 原理图。在图中假设整个系统只有一个放热 中心1(散热器)和一个加热中心2(锅炉)，用供 水管3和回水管4把锅炉与散热器相连接。在 系统的最高处连接一个膨胀水箱5，用它容纳 水在受热后膨胀而增加的体积。 9 10 在系统工作之前，先将系统中充满冷水。 当水在锅炉内被加热后，密度减小，同时受 着从散热器流回来密度较大的回水的驱动， 使热水沿供水干管上升，流入散热器。在散 热器内水被冷却

4、，再沿回水干管流回锅炉。 这样形成如图31箭头所示的方向循环流动。 11 重力循环压力的计算 重力循环热水供暖系统的循环作用压力的 大小，取决于水温(水的密度)在循环环路的变 化状况。 为了简化分析，先不考虑水在沿管路流动 时因管壁散热而使水不断冷却的因素，认为 在图31的循环环路内，水温只在锅炉水温只在锅炉(加热加热 中心中心和散热器和散热器冷却中心冷却中心)两处发生变化两处发生变化， 以此来计算循环作用压力的大小。 12 如假设图31的循环环路最低点的断 面AA处有一个假想阀门。若突然将阀门 关闭，则在断面AA两侧受到不同的水柱 压力。这两方所受到的水柱压力差就是驱 使水在系统内进行循环流

5、动的作用压力。 13 14 由式(31)可见，起循环作用的只有散 热器中心和锅炉中心之间这段高度内的水 柱密度差。 例题：如供水温度为95，回水70， 95时水的密度是961.92 kg/m3,回水 70的密度是977.81 kg/m3 ，则每米高差 可产生的作用压力为： gh(hg)=9.81 N/kg X1 mX(977.81 961.92 kg/m3) 155.88 N/ m2 ( Pa) 15 例题：如供水温度为，回水0， 时水的密度是. kg/m3, 回水60的密度是983.24 kg/m3 ，则每米 高差可产生的作用压力为： 16 gh(hg)=9.81 N/kg X1 mX(98

6、3.24 968.00 kg/m3) 149.5 N/ m2 ( Pa) 17 重力是由于物体受到地球的吸引而 产生的。 重力大小与物体质量关系： Gmg（g9.8N/kg） 压力单位换算表压力单位换算表 单位 牛顿/米2(帕斯卡) (N/m2)(Pa) 巴 (bar) 毫米水柱 4oC (mmH2O) 公斤力/米2 (kgf/m2) 牛顿/米2(帕斯卡) (N/m2)(Pa) 1110-50.1019720.101972 18 二、重力循环热水供暖系统的主要型式 重力循环热水供暖系统主要分双管和单 管两种型式。 图32(a)为双管上供下回式系统，右 侧图 32(b)为单管上供下回顺流式系统。

7、 19 1.总立管；2.供水干管；3.供水立管；4.散热器供水支管； 5.散热器回水支管，6.回水立管，7.回水干管，8.膨胀水 箱连接管，9.充水管(接上水管)，10.泄水管(接下水道)。 20 上供下回式重力循环热水供暖系统管道布置的一个主 要特点是：系统的供水干管必须有向膨胀水箱方向上升的 流向。其反向的坡度为0.5 1.0；散热器支管的坡 度一般取1。这是为了使系统内的空气能顺利地排除， 因系统中若积存空气，就会形成气塞，影响水的正常循环。 在重力循环系统中，水的流速较低，水平干管中流速 小于0.2m/s ,而在干管中空气气泡的浮升速度为0.1 0.2m/s ，而在立管中约为0.25m

8、/s 。因此，在上供下回重 力循环热水供暖系统充水和运行时，空气能逆着水流方向， 经过供水干管聚集到系统的最高处，通过膨胀水箱排除。 为使系统顺利排除空气和在系统停止运行或检修时能 通过回水干管顺利地排水，回水干管应有向锅炉方向的向 下坡度。 21 三、重力循环热水供暖双管系统作 用压力的计算 在如图33的双管系统中，由于供水同时在 上、下两层散热器内冷却，形成了两个并联环 路和两个冷却中心。它们的作用压力分别为： P1:通过底层散热器aS1b环路的作用压力，Pa； P1=gh1(hg)Pa 22 23 根据下图推导通过底层散热器aS1b环 路的作用压力P1 ，Pa 24 根据图通过上层散热器

9、aS2b环路的作用 压力， P ，Pa 25 P2 :通过上层散热器aS2b环路的作用压力，Pa。 P2=g(h1 + h2)(hg)=P1+ gh2(hg) 26 由此可见，在双管系统中，由于各层散 热器与锅炉的高差不同，虽然进入和流出 各层散热器的供、回水温度相同(不考虑管 路沿途冷却的影响)，也将形成上层作用压 力大，下层压力小的观象。如选用不同管 径仍不能使各层阻力损失达到平衡，由于 流量分配不均，必然要出现上热下冷的现 象。 27 在供暖建筑物内，同一竖向的各层房间的 室温不符合设计要求的温度，而出现上、下 层冷热不匀的现象，通常称作系统垂直失调。系统垂直失调。 由此可见，双管系统的

10、垂直失调，是由于 通过各层的循环作用压力不同而出现的，而 且楼层数越多，上下层的作用压力差值越大， 垂直失调就会越严重。 28 四、重力循环热水供暖单管系统的 作用压力的计算 如前所述，单管系统的特点是热水顺序流 过多组散热器，并逐个冷却，冷却后回水返 回热源。 在图34所示的上供下回单管式系统中， 散热器S2和S1串联。由图34分析可见，引 起重力循环作用压力的高差是(h1+h2 ) m，冷 却后水的密度分别为1和2 ，其循环作用压 力值为： 29 30 设P1和P2分别表示AA断面右侧和左侧的水柱压 力， 右侧的水柱压力， P1=h3gg+h2g2+h1gh 左侧的水柱压力， P2=h3g

11、g+H2gg=h3gg+h2gg+h1gg h1+h2 P=P1P2 h1g(h- g)+ h2g(2- g) )( 1 gi N i i ghP 31 = h1g(h- g)+ h2g(2- g) +h1g(2- g) - h1g(2- g) = h1g(h- g) - h1g(2- g) + g(h1+h2) (2- g) = h1gh- h1gg - h1g2+h1gg + g(h1+h2) (2- g) = h1g(h- 2) + g(h1+h2) (2- g) = H1g(h- 2) + gH2(2- g) 注：由图35所示h1H1 32 同理，如图35所示，若循环环路中有N 组串联

12、的冷却中心(散热器)时，其循环作用压 力可用下面通式表示： )()( 1 11 ii N i igi N i i gHghP 33 34 式中： N:在循环环路中，冷却中心的总数； i:表示N个冷却中心的顺序数，令沿水流方向最后一组散热 器为i=1， g:重力加速度，ms2。g=9.81 g:供暖系统供水的密度，kgm3 hi:从计算的冷却中心i到冷却中心(i 1)之间的垂直距离， m; 当计算的冷却中心i=1(沿水流方向最后一组散热器)时，hi 表示与锅炉中心的垂直距离，m， i:流出所计算的冷却中心的水的密度，kgm3； Hi:从计算的冷却中心到锅炉中心之间的垂直距离，m； i+1:进入所

13、计算的冷却中心i的水的密度，kgm3， (当 i=N时， i+1= g)。 35 从上面作用压力的计算公式可见，单管热 水供暖系统的作用压力与 a,水温变化， B,加热中心与冷却中心的高度差 C,冷却中心的个数等因素有关。 每一根立管只有一个重力循环作用压力， 而且即使最底层的散热器低于锅炉中心，(h1 为负值)，也可能使水循环流动。 36 散热器之间管路的水温散热器之间管路的水温ti的计算的计算: 为了计算单管系统重力循环作用压力， 需要求出各个冷却中心之间管路中水的密 度i 为此，就首先要确定各散热器之间管 路的水温ti。 37 现仍以图35为例 38 设供、回水温度分别为tg、th。建筑

14、物为八层(N=8)，每层散热器 的散热量分别为Q1，Q2.Q8，即立管的热负荷为： Q=Q1+Q2+.+Q8 通过立管的流量，按其所担负的全部热负荷 计算，可用下式确定： )( 86. 0 )(187. 4 6 . 3 )( hghghg L tt Q tt Q ttC QA G 39 式中 Q 立管的总热负荷，W； tg , th立管的供，回水温度， C 水的热容量，C=4.187kJkg A单位换算系数 (1W=1J/s=3600/1000kJ/h = 3.6kJ/h)。 流出某一层(如第二层)散热器的水温t2，根据 上述热平衡方式，同理，可按下式计算： )( )( 86. 0 2 832

15、 tt QQQ G g L 40 式(38)与式(37)流量相等，由此，可求出 流出第二层散热器的水温t2为： )( )( )()( )( )( 86. 0 )( )( 86. 0 832 2 2 832 2 832 hgg ghg hgg tt Q QQQ tt tttt Q QQQ tt Q tt QQQ 41 根据上述计算方法，串联N组散热器的系 统，流出第i组散热器的水温ti(令沿水流动方 向最后一组散热器为i=1)，可按下式计算： )( hg N i i gi tt Q Q tt 42 式中 ti流出第i组散热器的水温，； 沿水流动方向，在第i组(包括第i组)散 热器前的全部散热器的

16、散热量，W 其它符号同前。 N i i Q 43 当管路中各管段的水温ti确定后，相应可确定其 i值。利用式(35)，即可求出单管重力循环系统的 作用压力值。 单管系统与双管系统异同： 单管系统与双管系统相比， A,作用压力计算不同作用压力计算不同， B,各层散热器的平均进出水温度也是不相同各层散热器的平均进出水温度也是不相同。 在双管系统中，各层散热器的平均进出水温度是相同的； 而在单管系统中，各层散热器的进出口水温是不相等的。越 在下层，进水温度越低，因而各层散热器的传热系数K值也 不相等。 C,单管系统立管的散热器总面积一般比双管系统的稍大些。单管系统立管的散热器总面积一般比双管系统的稍

17、大些。 D,垂直失调原因不同，垂直失调原因不同， 双管系统：由于各层作用压力不同造成的双管系统：由于各层作用压力不同造成的， 单管系统散热器的传热系数单管系统散热器的传热系数K随各层散热器平均计算温随各层散热器平均计算温 度差的变化程度不同而引起的。度差的变化程度不同而引起的。 44 水在管路中沿途冷却对水在管路中沿途冷却对P作用压力的影响作用压力的影响 在上述的计算里，假设水温只在加热中 心 (锅炉)和冷却中心(散热器)发生变化，并 没有考虑水在管路中沿途冷却的因素 。 实际上，水的温度和密度沿循环环路不 断变化，它不仅影响各层散热器的进、出各层散热器的进、出 口水温，同时也增大了循环作用压

18、力。口水温，同时也增大了循环作用压力。由 于重力循环作用压力不大，因此，在确定 实际循环作用压力大小时，必须将水在管 路中冷却所产生的作用压力也考虑在内。 45 在工程计算中，首先按式(32)和式(36)的 方法，即 P1=gh1(hg)Pa式(32) Q=Q1+Q2+.+Q8式(36) 确定只考虑水在散热器内冷却时所产生的作 用压力；然后再根据不同情况，增加一个考虑水 在循环管路中冷却的附加作用压力。它的大小与 系统供水管路布置状况、楼层高度、所计算的散 热器与锅炉之间的水平距离等因素有关。其数值 选用，可参见附录32。 总的重力循环作用压力，可用下式表示： 46 Pzh= P+ Pf 式中

19、 ： P重力循环系统中，水在散热器内冷 却所产生的作用压力，Pa； Pf 水在循环环路中冷却的附加作用 压力，Pa。 47 例题31 如图36所示，设h1=3.2m，h2= h3 =3.0m，散热器：Q1=700W， Q2=600W，Q3=800W。供水温度tg=95， 回水温度th= 70。 求：1双管系统的循环作用压力。 2单管系统各层之间立管的水温。 3单管系统的重力循环作用压力。 计算作用压力时，本题不考虑水在管路中冷 却因素。 48 49 解 1.求双管系统的重力循环作用压力 系统的供、回水温度，tg=95， th= 7。查附录31 得g=961.92kgm3 h=977.81kgm

20、3. 根据式(32)和式(33)的计算方法，通过各层散热器 循环环路的作用压力，分别为： 第一层；P1=gh1(hg)=9.81x 3.2(977.81- 961.92)=498.8Pa 第二层； P2=g(h1+ h2) (hg) =9.81x (3.2+3.0)(977.81-961.92) =966.5Pa 第三层： P3=g(h1+ h2 + h3) (hg) =9.81x (3.2+3.0+3.0)(977.81-961.92) =1434.1Pa 第三层与底层循环环路的作用压力差值为： P=P3-P1=1434.1-498.8=935.3Pa 由此可见，楼层数越多，底层与最顶层循环

21、环路的作用 压力差越大。 50 2.求单管系统各层立管的水温 根据式(3-10) ，串联N组散热器的系统，流出第i组散热 器的水温ti(令沿水流动方向最后一组散热器为i=1)，可按下式计算： 由此可求出流出第三层散热器管路上的水温。 )( hg N i i gi tt Q Q tt 51 5 .85)7095( 2100 800 95)( 3 3 hgg tt Q Q tt 相应水的密度，3=968.32kgm3 流出第二层散热器管路上的水温t2为： 相应水的密度：2=972.88kgm3 3.78)7095( 2100 600800 95)( 23 2 hgg tt Q QQ tt 52 3

22、求单管系统的作用压力 若循环环路中有N组串联的冷却中心(散热器)时，其循环作用压力可用下面通 式表示： 根据式(3-5) Pa hhhg ghP gHghP gggh gi N i i ii N i igi N i i 7 .1009 )92.96132.968( 0 . 3)92.96188.972( 0 . 3)92.96181.977( 2 . 3 81. 9 )()()( )( )()( 33221 1 1 11 则 53 重力循环热水供暖系统是最早采用的一种热水供暖方式， 已有约200年的历史，至今仍在应用。它装置简单，运行时 无噪声和不消耗电能。但由于其作用压力小，管径大，作用 范

23、围受到限制。重力循环热水供暖系统通常只能在单幢建筑 物中应用，其作用半径不宜超50m。 Pa HHHg gHP gh ii N i i 7 .1009 )92.96132.968(2 . 9)32.96888.972(2 . 6)88.97281.977(2 . 381. 9 )()()( )( 3332221 1 1 或 54 1.热水经立管或水平供水管顺序流过多组散热器，并顺序 地在各散热器中冷却的系统，称为单管系统单管系统。 2.热水经供水立管或水平供水管平行地分配给多组散热器， 冷却后的回水自每个散热器直接沿回水立管或水平回水管 流回热源的系统，称为双管系统双管系统。 3.按系统循环动

24、力的不同，热水供暖系统可分为重力(自然) 循环系统和机械循环系统。 4.靠水的密度差进行循环的系统，称为重力循环系统； 5.靠机械(水泵)力进行循环的系统，称为机械循环系统。 6.按供，回水方式的不同，热水供暖系统可分为单管系统 和双管系统。 7.按热媒温度的不同，可分为低温水供暖系统和高温水供 暖系统。 55 第二节 机械循环热水供暖系统 机械循环热水供暖系统与重力循环系统的主要 差别是在系统中设置了循环水泵，靠水泵的机械能， 使水在系统中强制循环。在机械循环系统中，设置 了循环水泵，增加了系统的经常运行电费和维修工 作量；但由于水泵所产生的作用压力很大，因而供 暖范围可以扩大。机械循环热水

25、供暖系统不仅可用 于单幢建筑物中，也可以用于多幢建筑，甚至发展 为区域热水供暖系统。机械循环热水供暖系统成为 应用最广泛的一种供暖系统。 现将机械循环热水供暖系统的主要型式分述如下： 56 一、垂直式系统 垂直式系统，按供、回水干管布置位置不同， 有下列几种型式： 1上供下回式双管和单管热水供暖系统； 2下供下回式双管热水供暖系统； 3中供式热水供暖系统； 4下供上回式(倒流式)热水供暖系统， 5混合式热水供暖系统。 57 (一)图3为机械循环上供下回式热 水供暖系统。 图左侧为双管式系统，图右侧为单管式系统。机械 循环系统除膨胀水箱的连接位置与重力循环系统不 同外，还增加了循环水泵和排气装置

26、。 在机械循环系统中，水流速度往往超过自水中 分离出来的空气气泡的浮升速度。为了使气泡不致 被带入立管，供水干管应按水流方向设上升坡度， 使气泡随水流方向流动汇集到系统的最高点，通过 在最高点设置排气装置3，将空气排出系统外。供水 及回水干管的坡度，宜采用0.003，不得小于0.002。 回水干管的坡向与重力循环系统相同，应使系统水 能顺利排出。 58 59 图3左侧的双管式系统，在管路与散热 器连接方式上与重力循环系统没有差别。 图37右侧立管右侧立管是单管顺流式系统。单管 顺流式系统的特点是立管中全部的水量顺次 流入各层散热器。顺流式系统型式简单、施 工方便，造价低，是国内目前一般建筑广泛

27、 应用的一种型式。它最严重的缺点是不能进 行局部调节。 60 图37左侧立管是单管跨越式系统。立管的 一部分水量流进散热器，另一部分立管水量通过跨 越管与散热器流出的回水混合，再流入下层散热器。 与顺流式相比，由于只有部分立管水量流入散与顺流式相比，由于只有部分立管水量流入散 热器，在相同的散热量下，散热器的出水温度降低，热器，在相同的散热量下，散热器的出水温度降低， 散热器中热媒和室内空气的平均温差小减小，因而散热器中热媒和室内空气的平均温差小减小，因而 所需的散热器面积比顺流式系统大一些。所需的散热器面积比顺流式系统大一些。 单管跨越式由于散热器面积增加，同时在散热 器支管上安装阀门，使系

28、统造价增高，施工工序多， 因此，目前在国内只用于房间温度要求较严格，需 要进行局部调节散热器散热量的建筑上。 61 在高层建筑(通常超过六层)中，近年国内出现一种跨 越式与顺流式相结合的系统型式上部几层采用跨 越式，下部采用顺流式(如图37右侧立管V所示)。 通过调节设置在上层跨越管段上的阀门开启度，在系 统试运转或运行时，调节进入上层散热器的流量，可 适当地减轻供暖系统中经常会出现的上热下冷的现象。 但这种折衷形式，并不能从设计角度有效地解决垂直 失调和散热器的可调节性能。 对一些要求室温波动很小的建筑(如高级旅馆等)， 可在双管和单管跨越式系统散热器支管上设置室温调 节阀，以代替手动的阀门

29、(见图327)。 图37所示的上供下回式机械循环热水供暖系统 的几种型式，也可用于重力循环系统上。 ， 上供下回式管道布置合理，是最常用的一种布置型 式。 62 (二)机械循环下供下回式双管系统 (图38) 系统的供水和回水干管都敷设在底层散热器 下面。在设有地下室的建筑物，或在平屋顶建筑 顶棚下难以布置供水干管的场合，常采用下供下 回式系统。 特点：特点： (1)在地下室布置供水干管，管路直接散热给地 下室，无效热损失小。 (2)在施工中，每安装好一层散热器即可开始供 暖，给冬季施工带来很大方便。 (3)排除系统中的空气较困难。 63 64 (三)机械循环中供式热水供暖系统 (图39) 从系

30、统总立管引出的水平供水干管敷设在系统 的中部。下部系统呈上供下回式。上部系统可采用 下供下回式(双管，见图39a)，也可采用上供下回 式(单管，见图39b)。 中供式系统可避免由于顶层梁底标高过低，致 使供水干管挡住顶层窗户的不合理布置，并减轻了 上供下回式楼层过多，易出现垂直失调的现象；但 上部系统要增加排气装置。 中供式系统可用于加建楼层的原有建筑物或 “品”字形建筑(上部建筑面积少于下部的建筑)供 暖上 。 65 66 (四)机械循环下供上回式(倒流式)热水供 暖系统(图310) 系统的供水干管设在下部，而回水干管设在上部，顶部 还设置有顺流式膨胀水箱。立管布置主要采用顺流式。 倒流式系

31、统具有如下特点： (1)水在系统内的流动方向是自下而上流动，与空气流动方向 一致。可 通过顺流式膨胀水箱排除空气，无需设置集气罐 等排气装置。 (2)对热损失大的底层房间，由于底层供水温度高，底层散热 器的面积减小，便于布置。 (3)当采用高温水供暖系统时，由于供水干管设在底层，这样 可降低防止高温水汽化所需的水箱标高，减少布置高架水箱 的困难。 (4)如第二章所述，倒流式系统散热器的传热系数远低于上供 下回式系统。散热器热媒的平均温度几乎等于散热器的出水 温度。在相同的立管供水温度下，散热器的面积要比上供下 回顺流式系统的面积增多。 67 68 (五)机械循环混合式热水供暖系统 (图311)

32、 混合式系统是由下供上回式(倒流式)和上供下回 式两组串联组成的系统。水温tg的高温水自下而上 进入第组系统，通过散热器，水温降到tm后，再 引入第组系统，系统循环水温度再降到th后返回 热源。 进入第组系统的供水温度tm ，根据设计的供、 回水温度，可按两个串联系统的热负荷分配比例来 确定；也可以预先给定进入第组系统的供水温度 tm 来确定两个串联系统的热负荷分配比例。 由于两组系统串联，系统的压力损失大些。这 种系统一般只宜使用在连接于高温热水网路上的卫 生要求不高的民用建筑或生产厂房。 69 70 (六)异程式系统与同程式系统 上述介绍的各种图式(除图311外)，在供、回水 干管走向布置

33、方面都有如下特点，通过各个立管的循 环环路的总长度并不相等。如图3-7左侧所示，通过 立管循环环路的总长度，就比通过立管V的短。这 种布置形式称为异程式系统。 异程式系统供、回水干管的总长度短，但在机械 循环系统中，由于作用半径较大，连接立管较多，因 而通过各个立管环路的压力损失较难平衡。有时靠近 总立管最近的立管，即使选用了最小的管径15mm， 仍有很多的剩余压力。初调节不当时，就会出现近处 立管流量超过要求，而远处立管流量不足。在远近立在远近立 管处出现流量失调而引起在水平方向冷热不均的现象，管处出现流量失调而引起在水平方向冷热不均的现象， 称为系统的水平失调。称为系统的水平失调。 71

34、为了消除或减轻系统的水平失调，在供、 回水干管走向布置方面，可采用同程式系统。 同程式系统的特点是通过各个立管的循同程式系统的特点是通过各个立管的循 环环路的总长度都相等。环环路的总长度都相等。如图312所示，通 过最近立管的循环环路与通过最远处立管 的循环环路的总长度都相等， 因而压力 损失易于平衡。由于同程式系统具有上述优 点，在较大的建筑物中，常采用同程式系统。 但同程式系统管道的金属消耗量通常要多于 异程式系统。 72 73 二、水平式系统 水平式系统按供水管与散热器的连接方式分，同 样可分为顺流式(图313)和跨越式(图314)两类。 这些连接图式，在机械循环和重力循环系统中都可 应

35、用。 水平式系统的排气方式要比垂直式上供下回系统 复杂些。它需要在散热器上设置冷风阀分散排气(见 图313(1)和图314(1)，或在同一层散热器上部 串联一根空气管集中排气(见图313(2)和图3 14(2)。对较小的系统，可用分散排气方式。对散 热器较多的系统，宜用集中排气方式。 74 75 76 水平式系统与垂直式系统相比，具 有如下优点 (1)系统的总造价一般要比垂直式系统低； (2)管路简单，无穿过各层楼板的立管，施工方 便； (3)有可能利用最高层的辅助空间(如楼梯间、厕 所等)，架设膨胀水箱，不必在顶棚上专设安装膨 胀水箱的房间。这样不仅降低了建筑造价，还不 影响建筑物外形美观。

36、 因此，水平式系统也是在国内应用较多的一种 型式。此外，对一些各层有不同使用功能或不同 温度要求的建筑物，采用水平式系统，更便于分 层管理和调节。但单管水平式系统串联散热器很 多时，运行时易出现水平失调，即前端过热而末 端过冷现象。 77 第三节高层建筑热水供暖系统 随着城市发展，兴建了许多高层建筑。相应对高层建 筑供暖系统的设计，提出了一些新的问题。 首先是高层建筑供暖设计热负荷的计算问题。它的计 算特点已在本书第一章第八节中有所阐述。 其次是高层建筑供暖系统的型式和与室外热水网路的 连接方式问题。由于高层建筑热水供暖系统的水静压力较 大，因此，它与室外热网连接时，应根据散热器的承压能 力，

37、外网的压力状况等因素，确定系统的型式及其连接方 式。此外，在确定系统型式时，还要考虑由于建筑层数多 而加重系统垂直失调的问题。 目前国内高层建筑热水供暖系统，有如下几种型式。 78 一、分层式供暖系统 在高层建筑供暖系统中，垂直方向分成两个或 两个以上的独立系统称为分层式供暖系统。 上层系统与外网采用隔绝式连接(见图315)， 利用水加热器使上层系统的压力与室外网路的压力 隔绝。上层系统采用隔绝式连接，是目前常用的一 种型式。 下层系统通常与室外网路直接连接。它的高度 主要取决于室外网路的压力工况和散热器的承压能 力。 79 80 当外网供水温度较低，使用热交换器所需加热 面过大而不经济合理时

38、，可考虑采用如图3 16所示的双水箱分层式供暖系统。 81 82 双水箱分层式供暖系统，具有如下特点 1.上层系统与外网直接连接。当外网供水压力低 于高层建筑静水压力时，在用户供水管上设加压 水泵(如图316所示)。利用进、回水箱两个水位 高差h进行上层系统的水循环。 2.上层系统利用非满管流动的溢流管6与外网回 水管连接，溢流管6下部的满管高度h取决于外 网回水管的压力。 3.由于利用两个水箱替代了用热交换器所起的隔 绝压力作用。简化了入口设备，降低了系统造价。 4.采用了开式水箱，易使空气进入系统，造成系 统的腐蚀。 83 二、双线式系统 双线式系统有垂直式和水平式两种型式。 （一）垂直双

39、线式单管热水供暖系统(图317) 垂直双线式单管热水供暖系统是由竖向的形 单管式立管组成的。 双线系统的散热器通常采用蛇形管或辐射板式 (单块或砌入墙内形成整体式)结构。 由于散热器立管是由上升立管和下降立管组成 的，因此各层散热器的平均温度近似地可以认为是 相同的。这种各层散热器的平均温度近似相同的单 管式系统，尤其对高层建筑，有利于避免系统垂直 失调。 84 垂直双线式系统的每一组形单管式立 管最高点处应设置排气装置。此外，由于 立管的阻力较小，容易引起水平失调。可 考虑在每根立管的回水立管上设置孔板， 增大立管阻力，或采用同程式系统来消除 水平失调。 85 86 (二)水平双线式热水供暖

40、系统(图 318) 水平双线式系统，在水平方向的各组散热器平 均温度近似地认为是相同的。当系统的水温度或流 量发生变化时，每组双线上的各个散热器的传热系 统K值的变化程度近似是相同的。因而对避免冷热 不均很有利(垂直双线式也有此特点)。同时，水平 双线式与水平单管式一样，可以在每层设置调节阀， 进行分层调节。此外，为避免系统垂直失调，可考 虑在每层水平分支线上设置节流孔板，以增加各水 平环路的阻力损失。 87 88 三、单、双管混合式系统(图319) 若将散热器沿垂直方向分成若干组，在 每组内采用双管形式，而组与组之间则用单 管连接，这就组成了单、双管混合式系统。 这种系统的特点是：既避免了双

41、管系统 在楼层数过多时出现的严重竖向失调现象， 同时又能避免散热器支管管径过粗的缺点， 而且散热器还能进行局部调节。 89 1.在高层建筑供暖系统中，垂直方向分成两 个或两个以上的独立系统称为分层式供暖分层式供暖 系统。系统。 2.若将散热器散热器沿垂直方向分成若干组，在每 组内采用双管形式，而组与组之间则用单 管连接，这就组成了单、双管混合式系统 。 90 91 第四节 室内热水供暖系统的管路布 置和主要设备及附件 热水供暖系统的主要设备和附件 (一)膨胀水箱 (二)热水供暖系统排除空气的设备 (三)散热器温控阀(图327) 92 (一)膨胀水箱 膨胀水箱的作用是 1.用来贮存热水供暖系统加

42、热的膨胀水量。 2.在重力循环上供下回式系统中，它还起着排气作用。 3.恒定供暖系统的压力。 膨胀水箱一般用钢板制成，通常是圆形或矩形 。图321为圆形膨胀水箱构造图。 箱上连有膨胀管、溢流管、信号管、排水管及 循环管等管路。膨胀管与供暖系统管路的连接点， 在重力循环系统中，应接在供水总立管的顶端，在 机械循环系统中，一般接至循环水泵吸入口前。连 接点处的压力，无论在系统不工作或运行时，都是 恒定的。此点因而也称为定压点。当系统充水的水 位超过溢水管口时，通过溢流管将水自动溢流排出 。溢流管一般可接到附近下水道。 93 94 信号管用来检查膨胀水箱是否存水，一般应引到管理人 员容易观察到的地方

43、(如接回锅炉房或建筑物底层的卫生间 等)。 排水管用来清洗水箱时放空存水和污垢，它可与溢流管 一起接至附近下水道。 在机械循环系统中，循环管应接到系统定压点前的水平 回水干管上(见图322)。该点与定压点(膨胀管与系统的连 接点)之间应保持.53m的距离。这样可让少量热水能缓 慢地通过循环管和膨胀管流过水箱，以防水箱里的水冻结； 同时， 膨胀水箱应考虑保温。在重力循环系统中，循环管 也接到供水干管上，也应与膨胀管保持一定的距离。 在膨胀管、循环管和溢流管上，严禁安装阀门，以防止 系统超压，水箱水冻结或水从水箱溢出。 95 96 97 98 膨胀水箱的容积，可按下式计算确定： p = tmaxV

44、c (312) 式中: p:膨胀水箱的有效容积(即由信号管到溢流管之间的容积)， L， :水的体积膨胀系数， =0.0006，1； Vc:系统内的水容量，L， tmax:考虑系统内水受热和冷却时水温的最大波动值，一般 以20水温算起。 如在9570低温水供暖系统中，tmax=952075， 则式(312)可简化为： = .Vc(313 为简化计算， Vc值可按供给kW热量所需设备的水容量 计算， 其值可按附录33选取。求出所需的膨胀水箱有效 容积后，可按全国通用建筑标准设计图集(CN5011)选 用所需的型号。 99 (二)热水供暖系统排除空气的设备 系统的水被加热时，会分离出空气。 在大气压

45、力下，1kg水在5时， 水中的含气量超过30 mg，而加热到95时，水中的含气量约只有3mg。 此外，在系统停止运行时，通过不严密处也会渗入空气。 充水后，也会有些空气残留在系统内。 热水供暖系统排除空气的设备，可以是手动的，也可是 自动的。国内目前常见的排气设备，主要有集气罐，自动排 气阀和冷风阀等几种。 100 (1)集气罐 集气罐用直径100-250mm的短管制成， 它有立式和卧式两种(见图323。图中尺寸 取了国标图中最大型号的规格)。顶部连接直 径15的排气管。 101 102 在机械循环上供下回式系统中，集气罐应 设在系统各分环环路的供水干管末端的最高 处(见图324)。在系统运行

46、时，定期手动打 开阀门将热水中分离出来并聚集在集气罐内 的空气排除。 103 104 (2)自动排气阀 目前国内生产的自动排气阀型式较多。它的工 作原理， 很多都是依靠水对浮体的浮力，通过杠杆 机构传动，使排气孔自动启闭，实现自动阻水排气 的功能。下面仅介绍一种型式； 图3-25所示为B11X4型立式自动排气阀。当 阀体7内无空气时，水将浮子6浮起，通过杠杆机构 1将排气孔9关闭；而当空气从管道进入，积聚在阀 体内时，空气将水面压下，浮子的浮力减小，依靠 自重下落，排气孔打开，使空气自动排出。空气排 除后，水再将浮子浮起，排气孔重新关闭。 105 106 (3)冷风阀(图326) 冷风阀多用在

47、水平式和下供下回式系统 中，它旋紧在散热器上部专设的丝孔上，以 手动方式排除空气。 107 108 (三)散热器温控阀(图327) 散热器温控阀是一种自动控制散热器散热量的设 备，它由两部分组成。 1. 一部分为阀体部分， 2. 另一部分为感温元件控制部分。 当室内温度高于给定的温度值时，感温元件受 热，其顶杆就压缩阀杆，将阀口关小；进入散热器 的水流量减小，散热器散热量减小，室温下降。当 室内温度下降到低于设定时，感温元件开始收缩， 其阀杆靠弹簧的作用，将阀杆抬起，阀孔开大，水 流量增大，散热器散热量增加，室内温度开始升高， 从而保证室温处在设定的温度值上。温控阀控温范 围在1328之间，控温误差为1。 109 5560657075808590 0 1 2 3 4 5 行 程 温度 B 110 散热器温控阀具有恒定室温，节约热能的主要优 点。在欧美国家得到广泛